Процессы в базе при включении ОЭ

Пусть транзистор включен по схеме ОЭ (рис. 2.5,б), и задан перепад базового тока . Тогда ток коллектора описывается функцией

,

где b(t) – переходная характеристика коэффициента усиления по току
в схеме ОЭ, имеющего установившееся (низкочастотное) значение
b = a/(1-a). Ток задает скорость нарастания положительного заряда в базе. При повышении потенциала базы отпирается эмиттерный переход (транзистор p-n-p типа). Начинается инжекция электронов, заряд которых поддерживает квазинейтральность базы, т.е. в первый момент времени, как и в схеме ОБ, имет место равенство но на уровне сравнительно малого базового тока (рис.2.5,б).

Через время задержки инжектированные носители начинают поступать в коллектор и появляется коллекторный ток. В схеме ОБ нарастание коллекторного тока сопровождалось уменьшением тока базы. Однако в схеме ОЭ базовый ток задан, поэтому возрастание коллекторного тока (связанное с уходом электронов из базы) вызывает дополнительное возрастание тока эмиттера, т.е. приток новых электронов, необходимых для поддержания квазинейтральноети базы. Такое совместное увеличение токов I_к и продолжается до тех пор, пока в базе не накопится настолько большой избыточный заряд неосновных носителей (электронов), что скорость его рекомбинации уравновесит ток базы

. (2.17)

Так как есть постоянная времени экспоненциального переходного процесса, можно сделать следующий вывод: в схеме ОЭ постоянная времени равна времени жизни неосновных носителей
в базе

. (2.18)

Таким образом, если представить входную цепь транзистора эквивалентной RC -цепочкой, то видно, что достаточный для полного открывания транзистора заряд накапливается в базе (в емкости С) либо за счет эмиттерного тока (схема ОБ), либо за счет базового тока (схема ОЭ).

Выражения (2.11), (2.17) и (2.18 ) позволяют записать соотношение для основных параметоров:

. (2.19)

Взаимосвязь коэффициентов и можно было показать также с помощью их операторных изображений и формулы b = a/(1-a).

Полученный результат показывает, что большой коэффициент усиления b в схеме ОЭ достигается ценой ухудшения частотных свойств и быстродействия транзистора.

Для экспоненциальной формы тока i_к(t) при t_з << t_b можно записать

.

Воспользовавшись преобразованием Фурье, имеем

где – верхняя граничная частота коэффициента b , на которой он снижается на 3 дБ (в раз) по сравнению с установившимся (низкочастотным) значением

Соответственно амплитудно- и фазочастотная характеристики име-ют вид:

(2.20 )

. (2.21)

Поскольку коэффициент b весьма велик, усилительные свойства транзистора в схеме ОЭ сохраняются при частотах, значительно превышающих граничную частоту . При в выражении (2.20) можно пренебречь единицей, тогда

.

Таким образом, коэффициент усиления тока практически линейно снижается с повышением частоты и достигает единицы на некоторой частоте, называемой предельной:

.

С учетом выражения (2.19) предельная частота для схемы ОЭ практически совпадает с граничной частотой для схемы ОБ.